Source: saudigazette.com.sa
Ponieważ globalne megatrendy zrównoważonego rozwoju i czystej energii wpływają na to, jak podchodzimy do strategii energetycznych w kierunku bardziej ekologicznej przyszłości planety, technologie odnawialne, takie jak wiatr i energia słoneczna, są wiodącymi obszarami zainteresowania badań. W przestrzeni technologii słonecznej wschodząca dziedzina ogniw słonecznych z perowskitu (PSC) zyskała popularność w ciągu ostatniej półtorej dekady.
Jednak w dziedzinie zdominowanej przez krzemowe ogniwa słoneczne stosunkowo nowa technologia ogniw słonecznych z perowskitu musi oprócz oferowania wysokiej wydajności konwersji energii (PCE) również spełniać dwa inne kluczowe wymagania, aby mogła zostać pomyślnie skomercjalizowana: stabilność i skalowalność.
In a recently published Science paper titled 'Damp heat–stable perovskite solar cells with tailored-dimensionality 2D/3D heterojunctions,' KAUST researchers have reported a significant milestone through the first-ever successful photovoltaic (PV) damp-heat test of PSCs.
Test wilgotno-ciepłego to przyspieszony i rygorystyczny test starzenia się środowiska, którego celem jest określenie zdolności paneli słonecznych do wytrzymania długotrwałego narażenia na penetrację wysokiej wilgotności i podwyższone temperatury.
Test trwa 1,000 godziny w kontrolowanym środowisku o wilgotności 85 procent i temperaturze 85 stopni Celsjusza. Ma na celu odtworzenie wielu lat ekspozycji na zewnątrz i ocenę czynników, takich jak korozja i rozwarstwienie.
Surowość testu jest zgodna z wymogami komercjalizacji technologii fotowoltaicznej (PV), która musi obejmować 25 do 30 lat gwarancji na konwencjonalne moduły z - krzemu krystalicznego. Aby przejść test, ogniwo słoneczne musi zachować 95 procent swojej początkowej wydajności.
Led by first author Randi Azmi, a postdoctoral fellow in Stefaan De Wolf's KAUST Photovoltaics Laboratory, their research had to overcome an enduring weakness in encapsulated PSCs to prevent packaging leakage.
Ta wrażliwość folii perowskitowych 3D umożliwia niepożądaną infiltrację czynników atmosferycznych i zapewnia ograniczoną odporność na ciepło. Rozwiązaniem, jakie znaleźli naukowcy z KAUST, jest zaprojektowanie i wprowadzenie warstw pasywacji dwuwymiarowej-perowskitu w celu jednoczesnego zwiększenia wydajności konwersji energii i żywotności PSC.
Stability is essential because perovskites are sensitive. Employed through a thin-film coating process, they're basically a salt — so perovskite solar cells are highly affected by the presence of humidity.
The specificity of perovskites is that it's a thin-film technology. As is the case with conventional solar cells, two contacts made of specific types of materials are still required. One will collect electrons and the other's function is to collect positively charged 'holes' — which represent the absence of electrons.
Ale w przeciwieństwie do płytek krzemowych, perowskity można powlekać bezpośrednio na szklanym podłożu przy użyciu roztworu prekursora. Roztwór składa się z rozpuszczalnika, który krystalizuje do stanu stałego.
Jedną z istotnych zalet jest to, że materiały prekursorowe można wytwarzać bez potrzeby stosowania drogich urządzeń i energochłonnych środowisk o temperaturze przekraczającej 1,000 stopnia, co jest typowe dla bardziej tradycyjnych półprzewodników, takich jak krzem.
"It's a very simple way to make solar cells. Also, while the optoelectronic properties are not unique, they are excellent. They're on-par with very high-quality traditional semiconductors. That's quite remarkable," explained Professor De Wolf .
By altering the composition, it's also possible to tune the spectral sensitivity across the solar light spectrum from UV up to infrared. This is quite attractive for specific applications.
Pozostałym wyzwaniem, po wydajności i stabilności, jest skalowanie. Większość zastosowań ogniw słonecznych koncentruje się na sektorach użyteczności- i panelach dachowych. Chociaż ta ostatnia nie jest widoczna w Arabii Saudyjskiej, duże projekty realizowane w Królestwie obejmują duże pola fotowoltaiczne na pustyni.
"The market is silicon-based, and it will be silicon-based for the next 20 years at least," said De Wolf.
So the KAUST Photovoltaics Lab is mainly focused on improving the performance of perovskite solar cells to advance more efficient "tandem" solutions pairing both traditional silicon and perovskites, where the current findings will aid much in increasing the reliability of such perovskite/silicon tandem solar cells.
